一种宽频三轴角加速度测量方法，通过对四个或者三个三轴线加速度计进行合理布局，通过推导测量方法，用来在较宽频段上对三轴角振动进行测试，同时设计频率较高的底座，使其能够在较宽频段内实现对三轴角加速度的测量，本发明提高了三轴角振动测量装置的频带宽度，具有成本低、拓宽频率范围的特点。
1.一种宽频三轴角加速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立固连系OXYZ，在角加速度测量位置固连系OXYZ中取四个线加速度计测点A、B、C、D，A点位于固连系OXYZ的原点，测点B、C、D分别位于轴X、Y、Z上，与测点A距离为r，根据点的加速度合成公式，有：其中，aAX表示A点沿X方向的加速度，通过线加速度计进行测量，εX、εY、εZ分别为沿坐标系三个方向的角加速度分量，对公式(1)、(2)、(3)进行化简，可得：aBY＝aAY+εZr+ωXωYr (5)aBZ＝aAZ-εYr+ωXωZr (6)aCX＝aAX-εZr+ωXωYr (7)aCZ＝aAZ+εXr+ωYωZr (9)aDX＝aAX+εYr+ωXωZr (10)aDY＝aAY-εXr +ωYωZr (11)观察公式(4)-(12)，可以得到三轴角加速度的测量公式为：由于aAX、aAY、aAZ、aBX、aBY、aBZ、aCX、aCY、aCZ、aDX、aDY、aDZ均可由线加速度计进行测量，因此，按公式(13)关系，可以利用四只三轴线加速度计组合，测量三轴角加速度；
步骤二、将四个线加速度计安装在高频角加速度计底座上，按步骤一中所述的固连系OXYZ的四个位置三个方向布置，该底座第一阶模态频率在6000Hz以上，按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例，频带宽度达到2000Hz以上；然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置，根据公式(13)得到三轴角加速度；
步骤三、高频角振动振幅较小，针对小振幅的微振动情况，有εX，εY，εZ □ωX，ωY，ωZ
由公式(4)-(12)及公式(14)，可以得到微振动情况下的三轴角加速度测量公式为：公式(15)给出了一种在微振动情况下，利用三只三轴线加速度计测量三轴角加速度的方法：
微振动情况下，将三只线加速度计安装在高频角加速度计底座表面上，分别按直角位置布置，该底座第一阶模态频率在6000Hz以上，按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例，测量频带宽度达到2000Hz以上，然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置，根据公式(15)得到微振动情况下三轴角加速度。
一种宽频三轴角加速度测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种三轴角加速度测量方法，特别涉及一种宽频三轴角加速度测量方法。
背景技术
[0002] 角振动测量与线振动测量一样，是振动测量的一项重要内容。目前测量角振动的方法主要是利用陀螺或利用线加速度计组合，测量频带均比较有限，无法准备地对宽频角振动进行测量。
[0003] 陀螺是测量角运动的一种主要方法，然而用于振动测量领域，其测试频带宽度有明显不足，一般在1000Hz以下，无法满足振动试验要求。也可以采用线加速度计组合的方法进行测量，但这种方法目前主要用于单轴角振动测量场合，也没有考虑线加速度计组合安装底座的频率特性，因此测试频带比较有限，无法对高频三轴角振动进行测量。
发明内容
[0004] 为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种宽频三轴角加速度测量方法，通过对多个三轴线加速度计进行合理布局，实现对三轴角加速度的测量；同时为该布局设计频率较高的底座，使其能够在较宽频段内实现对三轴角加速度的测量。
[0005] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0006] 一种宽频三轴角加速度测量方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一、建立固连系OXYZ，在角加速度测量位置固连系OXYZ中取四个线加速度计测点A、B、C、D，A点位于固连系OXYZ的原点，测点B、C、D分别位于轴X、Y、Z上，与测点A距离为r，根据点的加速度合成公式，有：
[0008]
[0009]
[0010]
[0011] 其中，aAX表示A点沿X方向的加速度，通过线加速度计进行测量，εX、εY、εZ分别为沿坐标系三个方向的角加速度分量，对公式(1)、(2)、(3)进行化简，可得：
[0012]
[0013] aBY＝aAY+εZr+ωXωYr (5)
[0014] aBZ＝aAZ-εYr+ωXωZr (6)
[0015] aCX＝aAX-εZr+ωXωYr (7)
[0016]
[0017] aCZ＝aAZ+εXr+ωYωZr (9)
[0018] aDX＝aAX+εYr+ωXωZr (10)
[0019] aDY＝aAY-εXr+ωYωZr (11)
[0020]
[0021] 观察式公式(4)-(12)，可以得到三轴角加速度的测量公式为：
[0022]
[0023] 由于aAX、aAY、aAZ、aBX、aBY、aBZ、aCX、aCY、aCZ、aDX、aDY、aDZ均可由线加速度计进行测量，因此，按公式(13)关系，可以利用四只三轴线加速度计组合，测量三轴角加速度；
[0024] 步骤二、将四个线加速度计安装在高频角加速度计底座上，按步骤一中所述的固连系OXYZ的四个位置三个方向布置，该底座第一阶模态频率在6000Hz以上，按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例，频带宽度达到2000Hz以上；然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置，根据公式(13)得到三轴角加速度；
[0025] 步骤三、高频角振动振幅较小，针对小振幅的微振动情况，有：
[0026] εX，εY，εZ□ωX，ωY，ωZ
[0027] (14)
[0028] ωX，ωY，ωZ□1
[0029] 由公式(4)-(12)及公式(14)，可以得到微振动情况下的三轴角加速度测量公式为：
[0030]
[0031] 公式(15)给出了一种在微振动情况下，利用三只三轴线加速度计测量三轴角加速度的方法；
[0032] 微振动情况下，将三只线加速度计安装在高频角加速度计底座表面上，分别按直角位置布置，该底座第一阶模态频率在6000Hz以上，按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例，测量频带宽度达到2000Hz以上，然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置，根据公式(15)得到微振动情况下三轴角加速度。
[0033] 本发明有以下优点：
[0034] (1)拓宽了角振动测量的频率范围。采用本发明可以在较宽频带上对三轴角振动进行测量，测量频带宽度与线振动测量频带宽度相同。
[0035] (2)便于实际应用。按照本发明方法，利用线加速度计测量信号进行加权平均即可测得三轴角振动情况。在工程用多通道振动控制仪中，一般都具备测量信号加权平均功能，因此可以方便的对三轴角振动情况进行测量。
[0036] (3)在微振动情况下，采用三只三轴加速度计即可测量三轴角加速度，可以降低试验成本。
附图说明
[0037] 图1是三轴角振动测量原理图。
[0038] 图2是宽频三轴角加速度计设计示意图。
[0039] 图3是适用于微振动的宽频三轴角加速度计设计示意图。
具体实施方式
[0040] 下面结合附图对本发明作详细叙述。
[0041] 一种宽频三轴角加速度测量方法，包括以下步骤：
[0042] 步骤一、参照图1，建立固连系OXYZ，在角加速度测量位置固连系OXYZ中取四个线加速度计测点A、B、C、D，A点位于固连系OXYZ的原点，测点B、C、D分别位于轴X、Y、Z上，与测点A距离为r，根据点的加速度合成公式，有：
[0043]
[0044]
[0045]
[0046] 其中，aAX表示A点沿X方向的加速度，通过线加速度计进行测量，εX、εY、εZ分别为沿坐标系三个方向的角加速度分量，对公式(1)、(2)、(3)进行化简，可得
[0047]
[0048] aBY＝aAY+εZr+ωXωYr (5)
[0049] aBZ＝aAZ-εYr+ωXωZr (6)
[0050] aCX＝aAX-εZr+ωXωYr (7)
[0051]
[0052] aCZ＝aAZ+εXr+ωYωZr (9)
[0053] aDX＝aAX+εYr+ωXωZr (10)
[0054] aDY＝aAY-εXr+ωYωZr (11)
[0055]
[0056] 观察公式(4)-(12)，可以得到三轴角加速度的测量公式为
[0057]
[0058] 由于aAX、aAY、aAZ、aBX、aBY、aBZ、aCX、aCY、aCZ、aDX、aDY、aDZ均可由线加速度计进行测量，因此，按公式(13)关系，可以利用四只三轴线加速度计组合，测量三轴角加速度；
[0059] 步骤二、参照图2，四只三轴线加速度计安装的方式为：将四个线加速度计安装在高频角加速度计底座上，可以利用通用压板或胶粘的方式，按步骤一中所述的固连系OXYZ的四个位置三个方向布置，该底座第一阶模态频率在6000Hz以上，按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例，频带宽度达到2000Hz以上；然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置，根据公式(13)得到三轴角加速度；
[0060] 步骤三、一般来说，高频角振动振幅较小，针对小振幅的微振动情况，有
[0061] εX，εY，εZ□ωX，ωY，ωZ
[0062] (14)
[0063] ωX，ωY，ωZ□1
[0064] 由公式(4)-(12)及公式(14)，可以得到微振动情况下的三轴角加速度测量公式为：
[0065]
[0066] 公式(15)给出了一种在微振动情况下，利用三只三轴线加速度计测量三轴角加速度的方法；
[0067] 微振动情况下，三只三轴线加速度计的安装方式为：将三个线加速度计安装在高频角加速度计底座表面上，可以利用通用压板或胶粘的方式，分别按直角位置布置，如图3所示，该底座第一阶模态频率在6000Hz以上，按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例，测量频带宽度达到2000Hz以上，然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置，根据公式(15)得到微振动情况下的三轴角加速度。在微振动测量情况下，只使用了三只三轴线加速度计，成本更低，但仅适用于小振幅的微振动情况。
